Battery Materials Analysis Report

Wykorzystane biblioteki

• tidyverse
• readr
• ggplot2
• plotly
• corrplot
• caret
• DT
• knitr

Zbiór Danych

Suma brakujących wartości w zbiorze danych wynosi 0.

Przykładowe dane z wybranymi kolumnami

Battery.ID	Battery.Formula	Working.Ion	Formula.Charge	Formula.Discharge	Max.Delta.Volume
mp-30_Al	Al0-2Cu	Al	Cu	Al2Cu	3.043399
mp-1022721_Al	Al1-3Cu	Al	AlCu	Al3Cu	1.243653
mp-8637_Al	Al0-5Mo	Al	Mo	Al5Mo	4.762574
mp-129_Al	Al0-12Mo	Al	Mo	Al12Mo	12.723893
mp-91_Al	Al0-12W	Al	W	Al12W	12.494598
mp-1055908_Al	Al0-12Mn	Al	Mn	MnAl12	18.236156

Average.Voltage	Gravimetric.Capacity	Volumetric.Capacity	Gravimetric.Energy
0.0890331	1368.481	5562.790	121.84009
-0.0215863	1112.937	4418.980	-24.02423
0.1227568	1741.504	7175.702	213.78156
0.0431214	2298.811	7346.232	99.12801
0.0292342	1900.745	7332.719	55.56677
0.0397314	2547.693	7592.916	101.22330

Volumetric.Energy	Atomic.Fraction.Charge	Atomic.Fraction.Discharge
495.27253	0.0	0.6666667
-95.38962	0.5	0.7500000
880.86651	0.0	0.8333333
316.78006	0.0	0.9230769
214.36621	0.0	0.9230769
301.67688	0.0	0.9230769

Stability.Charge	Stability.Discharge	Steps	Max.Voltage.Step
0.0000000	0.0000000	1	0
0.0740612	0.0962458	1	0
0.4114601	0.0452120	1	0
0.0000000	0.0114456	1	0
0.0000000	0.0000000	1	0
0.1454643	0.0000000	1	0

Analiza podstawowych statystyk

Rozmiar zbioru danych

Liczba obserwacji: 4351
Liczba atrybutów: 17

Atrybuty

• Battery ID: Identyfikator baterii.
• Battery Formula: Wzór chemiczny materiału baterii.
• Working Ion: Główny jon, który odpowiada za transport ładunku w baterii.
• Formula Charge: Wzór chemiczny materiału baterii w stanie naładowanym.
• Formula Discharge: Wzór chemiczny materiału baterii w stanie rozładowanym.
• Max Delta Volume: Zmiana objętości w % dla danego kroku napięcia za pomocą wzoru: max(charge, discharge)/min(charge, discharge) -1.
• Average Voltage: Średnie napięcie dla poszczególnego kroku napięcia.
• Gravimetric Capacity: Pojemność grawimetryczna, czyli ilość energii na jednostkę masy (mAh/g).
• Volumetric Capacity: Pojemność wolumetryczna, czyli ilość energii na jednostkę objętości (mAh/cm³).
• Gravimetric Energy: Gęstość energii w odniesieniu do masy baterii (Wh/kg).
• Volumetric Energy: Gęstość energii w odniesieniu do objętości baterii (Wh/L).
• Atomic Fraction Charge: Udział atomowy składników w stanie naładowanym.
• Atomic Fraction Discharge: Udział atomowy składników w stanie rozładowanym.
• Stability Charge: Wskaźnik stabilności materiału w stanie naładowanym.
• Stability Discharge: Wskaźnik stabilności materiału w stanie rozładowanym.
• Steps: Liczba odrębnych kroków napięcia od pełnego naładowania do rozładowania, oparta na stabilnych stanach pośrednich.
• Max Voltage Step: Maksymalna bezwzględna różnica między sąsiednimi krokami napięcia.

Podsumowanie

Analiza atrybutów

Working Ion

Najbardziej widocznym jonem w zbiorze danych jest lit (Li). Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę powszechne wykorzystanie baterii litowo-jonowych w różnych zastosowaniach,Sód (Na) i potas (K) są również stosunkowo powszechne co można zaobserować na wykresie.

Battery Formula

10 Najczęściej Używanych Battery Formula

Battery Formula	Count
Li0-1V2OF5	19
Li0-1CoPO4	18
Li0-1FePO4	18
Li0-3MnFeCo(PO4)3	17
Li0-1MnPO4	15
Li0-1V4OF11	15
Li0-1V4O5F7	12
Li0-1VF5	12
Li0-1CrP2O7	11
Li0-2MnP2O7	11

Formula Charge

10 Najczęściej Używanych Formula Charge

Formula Charge	Count
MnO2	49
TiO2	47
VO2	46
CrO2	45
CoO2	43
NiO2	41
FeO2	36
FePO4	26
WO2	25
CoPO4	24

Formula Discharge

10 Najczęściej Używanych Formula Discharges

Formula Discharge	Count
LiCoPO4	19
LiFePO4	19
LiMnPO4	19
LiV2OF5	19
Li5Mn6(BO3)6	18
Li3MnFeCo(PO4)3	17
LiV4OF11	15
Li2MnP2O7	14
Li2FeSiO4	13
LiCrPO4	12

Average Voltage

Znacząca większość obserwacji dotyczyła średnich napięć z przedziału od 0 do około 10 V. Istnieje niewielka liczba obserwacji dotyczących zarówno bardzo niskich (poniżej -10 V), jak i bardzo wysokich (powyżej 10 V) wartości średniego napięcia.

Max Delta Volume

Większość obserwacji dotyczyła niewielkich zmian objętości.

Gravimetric Capacity

Największa ilość próbek ma pojemność grawimeryczną w przedziale od 0 do około 500 mAh/g

Volumetric Capacity

Znacząca większość próbek ma pojemność wolumetryczną w przedziale od 0 do około 2000 mAh/cm3

Gravimetric Energy

Większość próbek wykazuje gęstość energii w zakresie od 0 do około 2000 Wh/kg.

Volumetric Energy

Przeważająca liczba próbek ma gęstość energii wolumetrycznej w zakresie od 0 do około 5000 Wh/L.

Stability Charge

Znacząca większość obserwacji dotyczyła niskich wartości ładunku stabilizującego, skupionych w przedziale od 0 do około 0,5 jednostki na osi X.

Korelacje między zmiennymi

Macierz korelacji

Macierz korelacji doskonale sprawdza się do identyfikowania zależności między różnymi atrybutami (cechami) danych. Wykorzystamy ją aby sprawdzić współczynnik korelacji między naszymi atrybutami. Wartość tego współczynnika mieści się w przedziale od -1 do 1, gdzie:

• 1: doskonała korelacja dodatnia (gdy jeden atrybut rośnie, drugi również rośnie)
• -1: doskonała korelacja ujemna (gdy jeden atrybut rośnie, drugi maleje)
• 0: brak korelacji

Analizując otrzymają macierz, warto przyjrzeć się następującym parom atrybutów:

“Gravimetric Energy” vs “Volumetric.Energy”

Współczynnik korelacji 0.9283 wskazuje na bardzo silny związek dodatni między gęstością energii grawimetrycznej a wolumetrycznej. Oznacza to, że materiały, które mogą zmagazynować więcej energii w stosunku do swojej masy, zazwyczaj mogą również zmagazynować więcej energii w stosunku do swojej objętości.

## [1] "Współczynnik korelacji -> Gravimetric Energy and Volumetric Energy: 0.928325315943219"

“Gravimetric.Capacity” vs “Volumetric.Capacity”

Na podstawie współczynnika korelacji między pojemnością grawimetryczną a pojemnością wolumetryczną (0.8584), możemy stwierdzić, że istnieje silna, dodatnia zależność między tymi dwoma parametrami.

## [1] "Współczynnik korelacji -> Gravimetric Capacity and Volumetric Capacity: 0.858416266729896"

“Average Voltage” vs “Volumetric.Capacity”

Współczynnik korelacji -0.2128 między średnim napięciem a pojemnością wolumetryczną wskazuje na słabą, ujemną korelację między tymi dwoma parametrami.

## [1] "Współczynnik korelacji -> Average Voltage and Volumetric Capacity: -0.212817820079067"

“Volumetric Capacity” vs “Atomic Fraction Discharge”

Współczynnik korelacji 0.6180 między pojemnością wolumetryczną a ułamkiem atomowym rozładowania wskazuje na umiarkowaną, dodatnią zależność między tymi dwoma parametrami. Oznacza to, że ogólnie, materiały o większej pojemności wolumetrycznej mają tendencję do większego ułamka atomów zaangażowanych w proces rozładowania.

## [1] "Współczynnik korelacji -> Volumetric Capacity and Atomic Fraction Discharge: 0.618018604601293"